RU2048855C1

RU2048855C1 - Individual portable apparatus

Info

Publication number: RU2048855C1
Application number: RU94017604A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Рахманин; А.П. Маслюков; В.В. Сапрыкин; А.Е. Орлов; М.П. Зверев
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа Фирма "Меттэм-технологии"
Priority date: 1994-05-11
Filing date: 1994-05-11
Publication date: 1995-11-27

Abstract

FIELD: disinfection and cleaning of potable water. SUBSTANCE: apparatus has two tubes positioned one within the other and having different heights. Upper end of outer tube is provided with inner conical surface and lower end of inner tube is provided with outer conical surface. Conical surfaces are joined to form hermetically sealed connection in the process of axial displacement of inner tube. A portion of outer tube not overlapped by inner tube and positioned downward of water flow has a succession of layers of fibrous cation-exchange materials, fibrous anion-exchange material and carbonaceous sorbing material, and inner tube has a succession of layers of carbonaceous sorbing material, iod-containing highly basic anion exchange resin, fibrous cation-exchange material, fibrous anion exchange material, mixture of carbonaceous sorbing and silver-containing sorbing materials. EFFECT: increased efficiency in removal of bacterial contaminants, virus flora, toxic substance at comfortable drinking speed and increased capacity. 7 cl, 4 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к обеззараживанию и очистке питьевой воды и может быть использовано в экстремальных и полевых условиях в качестве индивидуального портативного устройства (ИПУ) для получения питьевой воды из необорудованных источников. The invention relates to the disinfection and purification of drinking water and can be used in extreme and field conditions as an individual portable device (IPU) for producing drinking water from non-equipped sources.

Известно ИПУ для очистки и обеззараживания воды в виде тонкой трубки, позволяющей потребителю всасывать воду ртом. Трубка имеет последовательно расположенные секции от входа воды к выходу: первичный фильтрующий материал полиэфирное волокно первая секция, вторая секция ионообменная трийодидная смола, третья секция вторичный фильтрующий материал, подобный первичному фильтрующему материалу, четвертая секция гранулы активированного угля и пятая секция опять полиэфирное волокно [1]
Как показали сравнительные исследования, данное ИПУ обладает ограниченной пропускной способностью (10-15 л) по воде из необорудованных источников (рек, озер, болот), содержащей значительное количество примесей органического и неорганического происхождения, а также является недостаточно эффективным с точки зрения обеззараживания воды от бактерий и вирусов, так как не обеспечивает гарантированное обеззараживание воды.It is known IPU for cleaning and disinfecting water in the form of a thin tube that allows the consumer to suck in water by mouth. The tube has successively arranged sections from the water inlet to the outlet: the primary filter material is a polyester fiber, the first section, the second section is an ion-exchange triiodide resin, the third section is a secondary filter material similar to the primary filter material, the fourth section is an activated carbon granule and the fifth section is again a polyester fiber [1]
As comparative studies have shown, this IPU has a limited capacity (10-15 l) for water from unequipped sources (rivers, lakes, swamps) containing a significant amount of impurities of organic and inorganic origin, and is also not effective in terms of disinfecting water from bacteria and viruses, as it does not provide guaranteed disinfection of water.

Наиболее близким к изобретению является ИПУ, состоящее из полимерной трубки, закрытой с обоих концов герметизирующими колпачками (в случае, когда устройство не работает). Трубка содержит чередующиеся слои дезинфицирующего и сорбирующего наполнителя, разделенные пористыми перегородками. После съемного фильтра на входе воды пористого пластика для отделения частиц и осадка из воды располагается слой пентацидной йодсодержащей анионообменной смолы, которая убивает значительную часть бактерий и организмов, присутствующих в воде, затем слой гранул активированного угля для улучшения вкуса, устранения запаха и удаления остаточного йода, и слой трийодидной ионообменной смолы, которая предотвращает проход бактерий в очищенную воду, а также заражение бактериями активированного угля и мундштука. Однако наличие трийодидной смолы на выходе отрицательно сказывается на органолептических свойствах воды. Кроме того, ИПУ все же недостаточно обеззараживает от бактерий и вирусов. Увеличение же количества слоев наполнителя приводит к снижению скорости прохождения воды (до некомфортной) и уменьшению пропускной способности устройства. Closest to the invention is an IPA, consisting of a polymer tube closed at both ends with sealing caps (in the case when the device does not work). The tube contains alternating layers of disinfectant and sorbent filler, separated by porous partitions. After a removable filter at the water inlet of the porous plastic to separate particles and sediment from the water, a layer of pentacid iodine-containing anion exchange resin is located, which kills a significant part of the bacteria and organisms present in the water, then a layer of activated carbon granules to improve taste, eliminate odor and remove residual iodine, and a layer of triiodide ion exchange resin, which prevents the passage of bacteria into purified water, as well as infection by bacteria of activated carbon and mouthpiece. However, the presence of a triiodide resin at the outlet adversely affects the organoleptic properties of water. In addition, IPA still does not disinfect bacteria and viruses. An increase in the number of layers of the filler leads to a decrease in the rate of passage of water (to uncomfortable) and a decrease in the throughput of the device.

Задача изобретения создание ИПУ минимальных размеров и удобное в обращении, эффективное в отношении удаления бактериального загрязнения, вирусной микрофлоры, очистки от токсичных веществ, (таких как тяжелые металлы, радионуклиды, пестициды) при комфортной скорости питья и высокой пропускной способности устройства. The objective of the invention is the creation of IPA of minimum size and easy to use, effective in relation to the removal of bacterial contamination, viral microflora, removal of toxic substances (such as heavy metals, radionuclides, pesticides) at a comfortable drinking speed and high throughput of the device.

Устройство состоит из двух трубок, размещенных одна в другой со смещением по высоте, при этом у верхнего по ходу воды торца наружной трубки сформована внутренняя коническая поверхность, а у нижнего торца внутренней внешняя коническая поверхность с возможностью совмещения конических поверхностей и образования герметичного соединения при аксиальном перемещении внутренней трубки. При этом свободная от внутренней трубки часть наружной трубки содержит по ходу воды последовательные слои волоконного катионообменного материала, волоконного анионообменного материала, углеродного сорбирующего материала, а внутренняя последовательные слои углеродного сорбирующего материала, йодообменного материала, волоконного анионообменного материала, смеси углеродного сорбирующего материала и серебросодержащего сорбирующего материала при обменной емкости волоконного катионообменного материала не менее 4,5 мг-экв. /г, волоконного анионообменного материала не менее 2,0 мг-экв./г и суммарной поверхностью пор углеродного сорбционного материала не менее 1100 м²/г и объемом микропор не менее 0,4 см³/г.The device consists of two tubes placed one in the other with a height shift, while the inner conical surface is formed at the top of the outer end of the outer tube, and the outer conical surface is at the bottom of the inner end, with the possibility of combining the conical surfaces and forming a sealed joint during axial movement inner tube. In this case, the part of the outer tube free from the inner tube contains successive layers of fiber cation exchange material, fiber anion exchange material, carbon sorbent material, and the inner successive layers of carbon sorbent material, iodine exchange material, fiber anion exchange material, a mixture of carbon sorbent material and silver-containing sorbent material when the exchange capacity of the fiber cation exchange material is not less than 4.5 mEq. / g, fiber anion exchange material of at least 2.0 mEq / g and a total pore surface of carbon sorption material of at least 1100 m ² / g and a micropore volume of at least 0.4 cm ³ / g.

На входе и выходе устройства расположены герметизирующие колпачки, а слои материалов (где это необходимо) разделены полимерными сетками. At the inlet and outlet of the device there are sealing caps, and the layers of materials (where necessary) are separated by polymer nets.

Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом показал, что предлагаемое решение отличается от прототипа наличием второй трубки, конструктивными особенностями трубок, а также составом наполнителя, обменной емкостью волоконного катионообменного и анионообменного материалов, суммарной поверхностью пор и объемом пор углеродного сорбирующего материала. A comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype showed that the proposed solution differs from the prototype in the presence of a second tube, the design features of the tubes, as well as the composition of the filler, the exchange capacity of the fiber cation exchange and anion exchange materials, the total pore surface and pore volume of the carbon sorbent material.

Другими отличиями являются объемные соотношения между слоями внешней и внутренней трубок соответственно (1-2):)1-3):(1-2) и (1-2):(3-5):(2-3):(3-6): (0,5-2), гранулометрический состав углеродного сорбирующего материала (0,3-1,0) мм или развес его волокна и волокон катионо- и анионообменных материалов не менее 500 г/м², гранулометрический состав ионообменной смолы (0,3-1,0) мм, а также использование серебросодержащего сорбирующего материала либо в виде импрегнированного серебром углеродного сорбента с суммарной поверхностью пор не менее 1100 см³/г и объемом микропор не менее 0,4 см³/г, либо в виде катионообменного гранулированного или волоконного материала с обменной емкостью не менее 2 мг-экв./г, содержащего в качестве противоиона Ag⁺.Other differences are the volumetric ratios between the layers of the outer and inner tubes, respectively (1-2) :) 1-3) :( 1-2) and (1-2) :( 3-5) :( 2-3) :( 3 -6): (0.5-2), the particle size distribution of the carbon sorbent material (0.3-1.0) mm or the weight of its fibers and fibers of cation and anion exchange materials is at least 500 g / m ² , the particle size distribution of the ion-exchange resin (0.3-1.0) mm, as well as the use of silver-containing sorbent material or in the form of a carbon impregnated with silver sorbent with a total pore surface of at least 1100 cm ³ / g and micropore volume not less than 0.4 cm ³ / g, or in the form of a cation exchange granular or fiber material with an exchange capacity of not less than 2 mEq./g containing Ag ⁺ as a counterion.

Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Thus, the proposed technical solution meets the criterion of "novelty."

Поиск технических решений в смежных областях техники не позволил выявить отличительные признаки предлагаемого технического решения, что соответствует критерию "изобретательский уровень". The search for technical solutions in related fields of technology did not reveal the distinguishing features of the proposed technical solution, which meets the criterion of "inventive step".

При аксиальном перемещении внутренней трубки до герметизации устройства при совмещении конических поверхностей трубок между слоями наполнителя наружной и внутренней трубок образуется свободное пространство, улучшающее гидродинамические показатели устройства, что позволяет использовать восемь слоев наполнителей, часть из которых волоконные материалы с высокими сорбционными свойствами, при сохранении высокой пропускной способности и комфортной скорости питья. Кроме того, ИПУ в нерабочем состоянии складывается и удобен в ношении в виде авторучки, не превышающей в высоту 15 см. ИПУ эффективно очищает воду от бактерий, вирусов и токсичных веществ. When the inner tube is axially moved until the device is sealed, when the conical surfaces of the tubes are combined between the filler layers of the outer and inner tubes, free space is formed that improves the hydrodynamic characteristics of the device, which allows the use of eight layers of fillers, some of which are fiber materials with high sorption properties, while maintaining high throughput ability and comfortable drinking speed. In addition, the IPA inoperative folds up and is easy to carry in the form of a fountain pen, not exceeding a height of 15 cm. The IPU effectively purifies water from bacteria, viruses and toxic substances.

На фиг. 1 представлено ИПУ, при хранении и транспортировке; на фиг.2 то же устройство, но с удаленными колпачками; на фиг.3 вертикальный разрез внутренней трубки; на фиг.4 вертикальный разрез ИПУ в работе. In FIG. 1 presents IPU, during storage and transportation; figure 2 the same device, but with the caps removed; figure 3 is a vertical section of the inner tube; figure 4 is a vertical section of the IPA in operation.

ИПУ состоит из наружной полимерной трубки 1 с отверстием для входа воды 2, при этом у верхнего по ходу воды торца 3 сформована внутренняя коническая поверхность 4, а также внутренней полимерной трубки 5, смещенной во внешней трубке 1 на высоту h, с выходным отверстием 6 и с внешней конической поверхностью 7 и нижнего торца 8. The IPU consists of an external polymer tube 1 with an opening for water inlet 2, while the inner conical surface 4 is formed at the upper end of water 3, as well as the internal polymer tube 5, displaced in the external tube 1 to a height h, with an outlet 6 and with the outer conical surface 7 and the lower end 8.

Устройство содержит колпачок 9 с боковым фиксатором 10, а также колпачок 11. The device comprises a cap 9 with a lateral latch 10, as well as a cap 11.

Наружная полимерная трубка 1 по ходу воды содержит слой 12 волоконного катионообменного материала с обменной емкостью не менее 4,5 мг-экв./г, слой 13 волоконного анионообменного материала с обменной емкостью не менее 2 мг-экв. /г и слой 14 углеродного сорбирующего материала с суммарной поверхностью пор не менее 1100 м²/г и объемом микропор не менее 0,4 см³/г, объемное соотношение между которыми составляет (1-2):(1-3):(1-2).The outer polymer tube 1 along the water contains a layer 12 of fiber cation exchange material with an exchange capacity of at least 4.5 mEq / g, a layer 13 of fiber anion exchange material with an exchange capacity of at least 2 mEq. / g and a layer 14 of carbon sorbent material with a total pore surface of at least 1100 m ² / g and a micropore volume of at least 0.4 cm ³ / g, the volume ratio between which is (1-2) :( 1-3) :( 1-2).

Внутренняя полимерная трубка 5 по ходу воды содержит слой 14 углеродного сорбирующего материала, слой 15 йодсодержащей сильноосновной анионообменной смолы с гранулометрическим составом (0,3-1,0) мм, слой 12 волоконного катионообменного материала, слой 13 волоконного анионообменного материала, слой 16 смесь углеродного сорбирующего материала и серебросодержащего сорбирующего материала при обменном соотношении 1:1. Слои разделены полимерными сетками 17. Объемные соотношения слоев (1-2):(3-5):(2-3):(3-6):(0,5-2). The inner polymer tube 5 along the water contains a layer 14 of carbon sorbent material, a layer 15 of iodine-containing strongly basic anion exchange resin with a particle size distribution (0.3-1.0) mm, a layer 12 of fiber cation exchange material, a layer 13 of fiber anion exchange material, layer 16 a mixture of carbon sorbent material and silver-containing sorbent material with an exchange ratio of 1: 1. The layers are separated by polymer networks 17. The volumetric ratios of the layers are (1-2) :( 3-5) :( 2-3) :( 3-6) :( 0.5-2).

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Вначале снимаем колпачки 9 и 11, аксиально перемещаем внутреннюю трубку 5 до совмещения конических поверхностей 4 и 7 и образования герметичного соединения двух трубок. Затем опускаем конец трубки 1 с отверстием 2 в воду, вода через отверстие 2, слои наполнителя трубки 1 (12, 13, 14), свободное пространство 18 и слои наполнителя трубки 5 (14, 15, 12, 13 и 16) через отверстие 6 попадает при просасывании в рот пользователя. First, remove the caps 9 and 11, axially move the inner tube 5 to align the conical surfaces 4 and 7 and form a sealed connection of the two tubes. Then we lower the end of the tube 1 with the hole 2 into the water, water through the hole 2, the filler layers of the tube 1 (12, 13, 14), the free space 18 and the layers of the filler tube 5 (14, 15, 12, 13 and 16) through the hole 6 enters the user's mouth when sucked.

Работоспособность устройства определяли по его пропускной способности, скорости прохождения воды через устройство, и по степени очистки и эффективности обеззараживания. Пропускную способность устройства определяли как количество пропущенной воды до трехкратного снижения начальной скорости прохождения воды через устройство. Скорость прохождения воды через устройство определяли по количеству мл воды, прошедшей через устройство за 1 мин. Степень очистки от токсичных примесей оценивали по процентному отношению концентраций этих примесей в исходной воде и в воде после прохождения через устройство. Эффективность очистки от микробиологических загрязнений определяли по содержанию организмов в очищенной воде. The operability of the device was determined by its throughput, the rate of passage of water through the device, and by the degree of purification and the effectiveness of disinfection. The throughput of the device was determined as the amount of water passed through to a three-fold decrease in the initial speed of water passage through the device. The rate of water passage through the device was determined by the number of ml of water passing through the device in 1 min. The degree of purification from toxic impurities was evaluated by the percentage of the concentrations of these impurities in the source water and in water after passing through the device. The effectiveness of cleaning from microbiological contaminants was determined by the content of organisms in purified water.

П р и м е р 1. Наружная трубка содержит слои:
волоконного катионообменного материала с обменной емкостью не менее 4,5 мг-экв./г (полимер на основе сшитого полиакрилонитрила);
волоконного анионообменного материала с обменной емкостью не менее 2,0 мг-экв./г (сополимер акрилонитрила и винилпиридина);
углеродного сорбирующего материала с суммарной поверхностью пор не менее 1100 м²/г и объемом пор не менее 0,4 см³/г в виде гранул размером (0,3-1,0) мм. Соотношение слоев наружной трубки 1:1:1.PRI me R 1. The outer tube contains layers:
fiber cation exchange material with an exchange capacity of at least 4.5 mEq / g (polymer based on crosslinked polyacrylonitrile);
fiber anion exchange material with an exchange capacity of at least 2.0 mEq / g (copolymer of acrylonitrile and vinylpyridine);
carbon sorbent material with a total pore surface of at least 1100 m ² / g and a pore volume of at least 0.4 cm ³ / g in the form of granules with a size of (0.3-1.0) mm. The ratio of the layers of the outer tube is 1: 1: 1.

Внутренняя трубка содержит слои:
углеродного сорбирующего материала того же, что и во внешней трубке;
йодсодержащей сильноосновной анионообменной смолы марки СИА-1 с гранулами размером (0,3-1,0) мм общей формулы R-CH₂-N⁺J_n ^-, где R сополимер стирола с дивинилбензолом, n=3-7;
смесь углеродного сорбирующего материала в виде гранул размером (0,3-1,0) мм с суммарной поверхностью пор не менее 1100 м²/г и объемом микропор не менее 0,4 см³/г и серебросодержащего сорбирующего материала в виде импрегнированного серебром углеродного сорбента с суммарной поверхностью пор не менее 1100 м²/г, объемом микропор не менее 0,4 см³/г и содержанием серебра 1% от массы материала. Объемное соотношение компонентов в смеси 1:1.The inner tube contains layers:
carbon sorbent material of the same as in the outer tube;
SIA-1 brand iodine-containing strongly basic anion-exchange resin with granules of size (0.3-1.0) mm of the general formula R-CH ₂ -N ⁺ J _n ^- , where R is a styrene-divinylbenzene copolymer, n = 3-7;
a mixture of carbon sorbent material in the form of granules (0.3-1.0) mm in size with a total pore surface of at least 1100 m ² / g and a micropore volume of at least 0.4 cm ³ / g and a silver-containing sorbent material in the form of carbon impregnated with silver sorbent with a total pore surface of at least 1100 m ² / g, a micropore volume of at least 0.4 cm ³ / g and a silver content of 1% by weight of the material. The volume ratio of the components in the mixture is 1: 1.

Объемное соотношение слоев внутренней трубки 1:3:2:3:0,5. Пропускная способность устройства 30 л. Скорость прохождения воды 145 мл/мин. Сведения по обеззараживанию и очистке воды представлены в таблицах 1-3. The volume ratio of the layers of the inner tube is 1: 3: 2: 3: 0.5. The capacity of the device is 30 liters. The flow rate of water is 145 ml / min. Information on disinfection and water treatment are presented in tables 1-3.

П р и м е р 2. Наружная и внутренняя трубка содержит слои, аналогичные описанным в примере 1, только углеродный сорбирующий материал взят в виде волокна с развесом не менее 500 г/м², а серебросодержащий сорбирующий материал в виде катионообменного гранулированного материала с обменной емкостью не менее 2,0 мг-экв./г, содержащего в качестве противоиона Ag⁺. При этом объемное соотношение слоев первой трубки 2:3:2, а во второй трубке 2:5: 3:6:2. Пропускная способность 25 л. Скорость прохождения воды 140 мл/мин.PRI me R 2. The outer and inner tube contains layers similar to those described in example 1, only the carbon sorbent material is taken in the form of fiber with a weight of at least 500 g / m ² , and the silver-containing sorbent material in the form of a cation exchange granular material with exchange with a capacity of at least 2.0 mEq / g, containing Ag ⁺ as the counterion. The volume ratio of the layers of the first tube is 2: 3: 2, and in the second tube 2: 5: 3: 6: 2. Throughput 25 l. The flow rate of water is 140 ml / min.

П р и м е р 3. Трубки содержат слои, аналогичные примеру 2, только серебросодержащий сорбирующий материал представляет собой катионообменный волоконный материала с обменной емкостью не менее 2,0 и обменные соотношения слоев в наружной трубке составляют 1:1:2, а во внутренней 1:5:2:6:2. Пропускная способность 25 л. Скорость прохождения воды 135 мл/мин. PRI me R 3. The tubes contain layers similar to example 2, only the silver-containing sorbent material is a cation exchange fiber material with an exchange capacity of at least 2.0 and the exchange ratio of the layers in the outer tube is 1: 1: 2, and in the inner 1: 5: 2: 6: 2. Throughput 25 l. The flow rate of water is 135 ml / min.

Приведенные примеры показывают, что ИПУ позволяет получить питьевую воду, соответствующую санитарно-гигиеническим требованиям. The above examples show that IPA allows you to get drinking water that meets sanitary and hygienic requirements.

Эффективность удаления паразитарных загрязнений составила 100% во всех примерах проба воды на входе содержала в 1 л яйца аскарид 5, цисты лямблий 5, социсты криптосподий 10, а на выходе концентрация патогенов во всех случаях была равна 0. The removal efficiency of parasitic contaminants was 100% in all examples. A water sample at the entrance contained 1 liter of Ascaris 5 eggs, Giardia cysts 5, Cryptospodium sociists 10, and the pathogen concentration in all cases was 0.

Эффективность удаления радионуклидов, Hg⁺⁺, Pb⁺⁺, Cd⁺⁺⁺, Sr⁺⁺, Cs⁺, пестицидов во всех случаях составляла 96-98% при использовании данного изобретения.The removal efficiency of radionuclides, Hg ⁺⁺ , Pb ⁺⁺ , Cd ⁺⁺⁺ , Sr ⁺⁺ , Cs ⁺ , pesticides in all cases was 96-98% when using this invention.

Claims

1. INDIVIDUAL PORTABLE DEVICE containing an outer tube in which alternating layers of disinfectant and sorbent filler are located between the permeable partitions, as well as sealing caps at the inlet and outlet of the water, characterized in that the inner tube is placed in the outer tube with a height offset at the top along the water of the end of the outer tube, the inner conical surface is formed, and at the lower end of the inner tube, the outer conical surface with the possibility of combining conical surfaces and the formation of a hermetic compound during axial movement of the inner tube, while the free part of the outer tube contains successive layers of fibrous cation exchange material, iodine-containing strongly basic anion exchange resin, fiber cation exchange material, fiber anion exchange material, a mixture of carbon sorbent material and silver-containing sorbent material in the course of water the capacity of the fiber cation exchange material is not less than 4.5 mmol / g, fiber the anion-exchange material is not less than 2.0 mmol / g and the total pore surface of the carbon sorbent material is not less than 1100 m ² / g and the micropore volume is not less than 0.4 cm ³ / g.

2. The device according to claim 1, characterized in that the volume ratio of the layers of the outer tube is 1-2 1-3 1-2, and the layers of the inner tube 1-2 3-5 3-5 2-3 3-6 0,5-2, 0.

3. The device according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the carbon sorbent material is a granule size of 0.3-1.0 mm

4. The device according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the carbon sorbent material, cation and anion exchange materials are fibers with a weight of at least 500 g / m ² .

5. The device according to paragraphs. 1-4, characterized in that the iodine-containing strongly basic anion-exchange resin has a particle size distribution of 0.3-1.0 mm

6. The device according to paragraphs. 1-5, characterized in that the silver-containing sorbent material is a carbon sorbent impregnated with silver with a total pore surface of at least 1100 m ² / g, micropore volume of at least 0.4 cm ³ / g.

7. The device according to paragraphs. 1-5, characterized in that the silver-containing sorbent material is a cation exchange granular or fiber material with an exchange capacity of at least 2.0 mmol / g, containing Ag ⁺ as the counterion.